JP2021117438A - 色変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】集光効率を向上可能な色変換素子を提供する。【解決手段】色変換素子１は、外部からのレーザー光Ｌを受光して、当該レーザー光Ｌとは異なる色の光を出射する蛍光部３と、蛍光部３における白色光を出射する表面３１（出射面）側に設けられ、蛍光部３から出射した白色光の配光を制御する配光制御層４とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、基板上に蛍光部が積層された色変換素子に関する。

例えば、プロジェクタなどの投影装置に用いられる蛍光体ホイール（色変換素子）においては、放熱性を高めるべく、蛍光部と基板とを熱伝導性接着剤で接合した技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−９９５６６号公報

ここで、蛍光部で波長変換された光は、散乱光として外部へと放出されるために、投影装置においては当該散乱光を集光するための集光レンズが搭載されている。しかしながら、蛍光部から放出された散乱光は、集光レンズに到達するまでにも散乱しているので、集光レンズから外れてしまう光も生じており、集光効率が低下しているのが実状である。

そこで本発明は、集光効率を向上可能な色変換素子を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る色変換素子は、外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を出射する蛍光部と、蛍光部における光を出射する出射面側に設けられ、蛍光部から出射した光の配光を制御する配光制御層とを備える。

本発明に係る色変換素子によれば、集光効率を高めることができる。

実施の形態に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。 変形例１に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。 変形例２に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。 変形例２に係る粒子を拡大して示す断面図である。 変形例３に係る色変換素子の概略構成を示す断面図である。 変形例４に係る色変換素子の概略構成を示す模式図である。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。 変形例５に係る照明装置の概略構成を示す模式図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る色変換素子について、図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである
。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の一形態に係る実現形態を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。本開示の実現形態は、現行の独立請求項に限定されるものではなく、他の独立請求項によっても表現され得る。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。各図においては、同じ構成部材に対して同じ符号を付している。

［実施の形態］
以下、実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に係る色変換素子１の概略構成を示す模式図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。つまり、図２は、色変換素子を径方向で切断した場合の断面図である。

色変換素子１は、プロジェクタ等の投影装置に用いられる蛍光体ホイールである。投影装置には、光源部として、青紫〜青色（４３０〜４９０ｎｍ）の波長のレーザー光Ｌを色変換素子１に対して放射する半導体レーザー素子が設けられている。色変換素子１は、光源部から照射されたレーザー光Ｌを励起光として、白色光を放射する。以下、色変換素子１について具体的に説明する。

図１及び図２に示すように、色変換素子１は、基板２と、蛍光部３と、配光制御層４とを備えている。なお、以降の説明において、色変換素子１をなす各積層体の光源側の主面を「表面」と称し、その反対側の主面を「背面」と称する。また、図１及び図２においては、レーザー光Ｌをドットハッチングで図示している。色変換素子１において、レーザー光Ｌが照射される領域を照射領域Ｒと称す。照射領域Ｒは固定されているが、色変換素子１が回転するために、照射領域Ｒは相対的に色変換素子１上を周方向に移動することになる。図１では、色変換素子１に対する照射領域Ｒの中心の軌道を破線Ｌ１で示している。

基板２は、平面視形状が例えば円形状の基板であり、その中央部に貫通孔２１が形成されている。貫通孔２１に対して、投影装置内にある回転軸が取り付けられることで、基板２が回転駆動するようになっている。

基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率の高い基板である。これにより、蛍光部３から伝導した熱を基板２から効率的に放熱できるようになっている。具体的には、基板２は、Ａｌ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｆｅ、Ｔｉなどの金属材料から形成されている。なお、基板２は、蛍光部３よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。金属材料以外の材料としては、Ｓｉ、セラミック、サファイア、グラファイトなどが挙げられる。基板２の１つの表面２２は平坦状に形成されており、当該表面２２側に蛍光部３が配置されている。

蛍光部３は、全体として肉厚が均一である。蛍光部３は、例えば、レーザー光Ｌによって励起されて蛍光を発する蛍光体の粒子（蛍光体粒子３４）を分散状態で複数備えており、レーザー光Ｌの照射により蛍光体粒子３４が蛍光を出射する。このため、蛍光部３の表面３１が出射面となる。蛍光部３の表面３１から出射される蛍光は拡散光となる。表面３１は、蛍光部３における基板２とは反対側の主面である。また、蛍光部３の背面３２は、蛍光部３における基板２側の主面である。本実施の形態では、蛍光部３の背面３２の法線方向と、蛍光部３に対するレーザー光Ｌの入射方向とが略一致しているものとする。「略一致」とは、完全に一致しているだけでなく、数％程度の誤差を許容する表現である。

蛍光部３は、全体として平面視形状が環状に形成されている。この蛍光部３は、肉厚が均一なシート状の個片３３が複数、環状に配列されることにより形成されている。複数の個片３３は、同一形状であり、同一種類である。具体的には、個片３３は平面視台形状に形成されている。なお、個片３３はシート状であればその形状は如何様でもよい。個片３３のその他の平面視形状としては、矩形状、三角形状、その他の多角形状などが挙げられる。

隣り合う個片３３同士は、互いの隣り合う辺がほぼ一致するように配置されている。個片３３には、少なくとも一種類の蛍光体粒子３４が含まれている。本実施の形態の場合、個片３３は、白色光を放射するものであり、レーザー光Ｌの照射によって赤色を発光する赤色蛍光体、黄色を発光する黄色蛍光体、緑色を発光する緑色蛍光体の３種類の蛍光体粒子３４が適切な割合で含まれている。

蛍光体粒子３４の種類及び特性は特に限定されるものではないが、比較的高い出力のレーザー光Ｌが励起光となるため、熱耐性が高いものが望ましい。また、蛍光体粒子３４を分散状態で保持する基材３５の種類は特に限定されるものではないが、励起光の波長及び蛍光体粒子３４から発光する光の波長に対して透明性の高い基材３５であることが望ましい。具体的には、ガラス又はセラミックなどからなる基材３５が挙げられる。なお、蛍光部３は、１種類の蛍光体による多結晶体又は単結晶体であってもよい。

配光制御層４は、蛍光部３の表面に対して直接積層されている。配光制御層４は、複数の凸部４１の集合体である。複数の凸部４１は、照射領域Ｒの軌道Ｌ１上に沿って環状に配列されている。本実施の形態では、１つの個片３３に対して複数（３つ）の凸部４１が設けられている。個片３３内においては、複数の凸部４１の全体が収まるように配置されている。

凸部４１は、例えばＳｉＯ_２などの透光性材料から形成されている。凸部４１内には蛍光体は含有されていない。凸部４１は、平面視においては円形状であり、蛍光部３から離れるにつれて滑らかに先細る凸曲面形状を有している。つまり、凸部４１は平凸レンズ状となっている。これにより、蛍光部３から出射した拡散光（蛍光）は、凸部４１を透過することで集光されることとなる。ここで、凸部４１は、蛍光部３からの突出量Ｈが、当該凸部４１における底部の幅Ｗよりも大きく形成されていることがよい。ここで、突出量Ｈは、凸部４１の底部から先端部までの長さである。このように、突出量Ｈが幅Ｗよりも大きければ、凸部４１から出射する白色光の配光角をより狭角化することができる。

また、例えば、凸部４１内に蛍光体が含まれているとこの蛍光体が配光制御を阻害するおそれがあるが、凸部４１内に蛍光体が含まれていないために所望の配光を確実に得ることができる。

ここで、各凸部４１が照射領域Ｒに対向する位置に配置された場合、平面視において照射領域Ｒの全体が各凸部４１内に収まるようになっている。例えば、照射領域Ｒの直径が３ｍｍである場合には、凸部４１の直径は３ｍｍよりも大きい。つまり、凸部４１の直径は、照射領域Ｒの直径よりも大きい。これにより、照射領域Ｒで蛍光部３に入射し、蛍光として出射された拡散光は、概ね全て凸部４１を透過することとなり、集光される。

また、隣り合う凸部４１同士は、隣接するように配置されていることがよい。これにより、隣り合う凸部４１同士の間では、蛍光部３の表面３１が露出しにくくなる。このため、蛍光部３から出射した拡散光が凸部４１を透過せずに放出されることを抑制することができる。

［投影装置の動作］
次に、投影装置の動作について説明する。

投影装置の光源からレーザー光Ｌが照射される際には、色変換素子１は回転駆動しながら配光制御層４を介して蛍光部３でレーザー光Ｌを受光する。蛍光部３では、一部のレーザー光Ｌが直接蛍光体粒子３４に当たる。また、蛍光体粒子３４に直接当たらなかった一部のレーザー光Ｌは、基板２で反射され、蛍光体粒子３４に当たる。蛍光体粒子３４に到達したレーザー光Ｌは、蛍光体粒子３４によって白色光に変換されて、放射される。蛍光体粒子３４から放射された白色光は、蛍光部３から配光制御層４を介して放出される。このとき、白色光は拡散光であるが、配光制御層４の凸部４１を透過することにより集光され、外部へ放出される。

［効果など］
以上のように、本実施の形態に係る色変換素子１は、外部からのレーザー光Ｌを受光して、当該レーザー光Ｌとは異なる色の光を出射する蛍光部３と、蛍光部３における白色光を出射する表面３１（出射面）側に設けられ、蛍光部３から出射した白色光の配光を制御する配光制御層４とを備える。

これによれば、蛍光部３の表面３１側に配光制御層４が設けられているので、蛍光部３の表面３１から出射した拡散光である白色光は、配光制御層４を透過することになる。これにより、白色光は配光制御層４によって集光されるので、集光効率が高められる。

また、配光制御層４は、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒに対して、少なくとも一部が平面視で重なる凸部４１を有する。

これによれば、配光制御層４が凸部４１を有しているので、凸部４１を平凸レンズとして機能させることができる。これにより、簡単な構造で白色光を集光することができる。なお、上記実施の形態では、平面視において凸部４１の全体が照射領域Ｒに重なる場合を例示したが、凸部４１は少なくとも一部が照射領域Ｒに重なっていればよい。

また、凸部４１は、当該凸部４１における底部の幅Ｗよりも、当該凸部４１における底部からの突出量Ｈの方が大きい。

これによれば、凸部４１の突出量Ｈが底部の幅Ｗよりも大きいので、凸部４１から出射する白色光の配光角をより狭角化することができる。したがって、集光効率をより高めることができる。

また、蛍光部３は、少なくとも一種類の蛍光体（蛍光体粒子３４）を含むシート状の複数の個片３３が面状に配列されることにより形成されている。

これによれば、蛍光部３が、面状に配列された複数の個片３３によって形成されているので、加熱時に作用する応力を分散させることができる。これにより、レーザー光Ｌの受光時における蛍光部３の変形を抑制することができる。したがって、安定した反射特性を維持することができる。

ここで、全体として一体的に形成された蛍光部の場合、その平面視形状が環状であると、応力集中に弱く、上記した不具合が生じやすい。しかしながら、本実施の形態のように、複数の個片３３が環状に配置されることで形成された蛍光部３であれば、応力を分散させることができるので、高い応力緩和効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態では、蛍光部３が複数の個片３３から形成されている場合を例示した。しかし、蛍光部は全体として一体成型された一体物であってもよい。この場合、基板２を省略することも可能である。つまり、色変換素子は基板を有していなくてもよい。

［変形例１］
次に、変形例１について説明する。図３は、変形例１に係る色変換素子１Ａの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、色変換素子１を径方向で切断した場合において、照射領域Ｒ内に凸部４１が１つのみ配置されている場合を例示した。この変形例１では、同様の場合において照射領域Ｒ内に複数の凸部４１ａが配置されている場合を例示する。

図３に示すように、凸部４１ａは、断面視において照射領域Ｒに対して４つ設けられている。両端の凸部４１ａにおいては、その一部が照射領域Ｒから外方に出ているが、その間の２つの凸部４１ａにおいては、全体が照射領域Ｒ内に収まっている。各凸部４１ａは平面視においては、平面上に均等に分散されている。各凸部４１ａは、例えばＳｉＯ_２などの透光性材料から形成されており、同形状である。具体的には、各凸部４１ａは、平面視においては円形状であり、蛍光部３から離れるにつれて滑らかに先細る凸曲面形状を有している。各凸部４１ａ間には、隙間が空いており蛍光部３の表面３１が露出している。凸部４１ａの幅Ｗ１は、蛍光部３から放出された白色光が光学的に干渉しうる長さとなっている。具体的には、凸部４１ａの幅Ｗ１は、４００ｎｍ以上１ｍｍ以下である。

このように、凸部４１ａは、照射領域Ｒに対して、それぞれの少なくとも一部が平面視で重なるように複数設けられている。各凸部４１ａの少なくとも一部が照射領域Ｒに対して平面視で重なるように設けられているので、レーザー光Ｌが蛍光部３に対して傾いたとしても、複数の凸部４１ａで補い合うことができる。したがって、レーザー光Ｌの経路の自由度を高めることができる。

なお、この変形例１では、各凸部４１ａの間に隙間が設けられている場合を例示した。隙間が空いていると蛍光部３の表面３１から凸部４１ａを透過しない白色光（拡散光）が放出されるため、集光効率が低下してしまう。この集光効率の低下を抑制するために、各凸部４１ａは平面視で稠密に配置されていることがよい。これによって、各凸部４１ａの間の隙間を低減することができ、極力多くの白色光が各凸部４１ａを透過することとなる。したがって、集光効率の低下を抑制することができる。

［変形例２］
次に、変形例２について説明する。図４は、変形例２に係る色変換素子１Ｂの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、変形例１に係る色変換素子１Ａと同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記変形例１では、配光制御層４ａが凸部４１ａのみから構成されている場合を例示した。この変形例２では、配光制御層４ｂがバインダ層４２ｂと粒子４３ｂとを有する場合について説明する。

図４に示すように、配光制御層４ｂは、蛍光部３の表面３１に直接積層されたバインダ層４２ｂと、バインダ層４２ｂにより支持された複数の粒子４３ｂとを備えている。バインダ層４２ｂは、例えばＳｉＯ_２などの透光性材料からなるバインダ層であり、蛍光体が含有されていない。バインダ層４２ｂは、各粒子４３ｂと蛍光部３とを接合している。

複数の粒子４３ｂは、例えばＳｉＯ_２などの透光性材料からなる中実な球状の粒子である。各粒子４３ｂ内には蛍光体は含有されていない。バインダ層４２ｂと、各粒子４３ｂとが同じＳｉＯ_２で形成されている場合には、それぞれの屈折率が同じとなる。このため、外方から蛍光部３に至るまで屈折率の変化が大きくならないので、レーザー光Ｌが外気から各粒子４３ｂ及びバインダ層４２ｂを介して蛍光部３に到達するまでの光損失を抑制することができる。

粒子４３ｂは、その一部がバインダ層４２ｂに埋設されており、残りの部分がバインダ層４２ｂから突出している。つまり、粒子４３ｂの一部は、凸部４１ｂを形成している。

図５は、変形例２に係る粒子４３ｂを拡大して示す断面図である。具体的には、図５の（ａ）は、変形例２に係る凸部４１ｂを示し、図５の（ｂ）は比較例に係る凸部４９ｂを示している。図５の（ａ）に示すように、変形例２では凸部４１ｂにおけるバインダ層４２ｂからの突出量Ｈ１は、粒子４３ｂの半径Ｒ１よりも小さい。一方、図５の（ｂ）に示すように、比較例では凸部４９ｂの突出量Ｈ２は、粒子４３ｂの半径Ｒ１よりも大きい。比較例では、凸部４９ｂは、バインダ層４２ｂから先端部に向かうに連れて徐々に拡径した後に縮径しているので、バインダ層４２ｂとの境界部分では空気層が介在する部分が生じてしまう（図５の（ｂ）における円Ｃ１部分）。当該部分では、白色光がバインダ層４２ｂを通過した後に凸部４９ｂの外面に至り、当該外面により反射されてしまうおそれがある（図５の（ｂ）の矢印Ｙ１参照）。つまり、白色光を拡散してしまう可能性がある。

図５の（ａ）に示すように、変形例２に係る凸部４１ｂでは、凸部４１ｂの突出量Ｈ１が、粒子４３ｂの半径Ｒ１よりも小さい。つまり、凸部４１ｂは、バインダ層４２ｂから先端部に向かうに連れて徐々に縮径しているので、バインダ層４２ｂとの境界部分に空気層が介在しない。このため、白色光を拡散することが抑制されている。

このように、配光制御層４ｂは、凸部４１ｂをなす透光性の粒子４３ｂと、粒子４３ｂの一部を埋設した状態で粒子４３ｂと蛍光部３とを接合する透光性のバインダ層４２ｂとを有する。

これによれば、配光制御層４ｂがバインダ層４２ｂと粒子４３ｂとを有しているので、バインダ層４２ｂを蛍光部３の表面３１に塗布した後に、複数の粒子４３ｂを散布してバインダ層４２ｂ内に埋設することで配光制御層４ｂを形成することができる。したがって、製造工程を容易化するとともに、蛍光部３に対する配光制御層４ｂの密着性を高めることができる。

また、粒子４３ｂの屈折率は、バインダ層４２ｂの屈折率以下である。

これによれば、粒子４３ｂの屈折率が、バインダ層４２ｂの屈折率以下であるので、外方から蛍光部３に至るまで屈折率の変化が大きくならず、レーザー光Ｌが外気から各粒子４３ｂ及びバインダ層４２ｂを介して蛍光部３に到達するまでの光損失を抑制することができる。

なお、変形例２では、粒子４３ｂとバインダ層４２ｂとのそれぞれがＳｉＯ_２から形成されていたために、粒子４３ｂとバインダ層４２ｂとの屈折率が同等となっていた。しかしながら、粒子４３ｂの屈折率がバインダ層４２ｂの屈折率以下となるのであれば粒子４３ｂとバインダ層４２ｂとの形成材料は如何様でもよい。光損失の抑制の観点からすると、粒子４３ｂの屈折率がバインダ層４２ｂの屈折率よりも小さくなることがよい。

また、粒子４３ｂは、バインダ層４２ｂからの突出量Ｈ１が、当該粒子４３ｂの半径Ｒ１よりも小さい。

これによれば、凸部４１ｂである粒子４３ｂの突出量Ｈ１が、半径Ｒ１よりも小さいので、凸部４１ｂとバインダ層４２ｂとの境界部分に空気層が介在しない。このため、白色光を拡散することが抑制されている。

また、バインダ層４２ｂは、ＳｉＯ_２により形成されている。

これによれば、バインダ層４２ｂがＳｉＯ_２により形成されているので、バインダ層４２ｂが無機化され、耐熱性を向上することができる。したがって、色変換素子１Ｂを長期的に安定化することができる。

［変形例３］
次に、変形例３について説明する。図６は、変形例３に係る色変換素子１Ｃの概略構成を示す断面図であり、具体的には図４に対応した図である。なお、以降の説明においては、変形例２に係る色変換素子１Ｂと同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記変形例２では、配光制御層４ｂがバインダ層４２ｂと粒子４３ｂとを有する場合について説明した。この変形例３では、配光制御層４ｃが凸部４１ｃを一体的に備えた透光性基板４４ｃである場合について説明する。

図６に示すように、配光制御層４ｃは、例えばＳｉＯ_２などの透光性材料から形成された板状の透光性基板４４ｃであり、その表面上に複数の凸部４１ｃが一体的に形成されている。透光性基板４４ｃ内には、蛍光体は含有されていない。透光性基板４４ｃは、蛍光部３の表面３１に直接積層された透光性の接着層９により、蛍光部３と接合されている。

以上のように、配光制御層４ｃは、凸部４１ｃを一体的に備えた透光性基板４４ｃであるので、例えば溶融した透光性材料を鋳型に対して流し込んだり、表面が溶融した透光性材料に対して型を押し付けたりすることで配光制御層４ｃを形成することができる。したがって、均質な配光制御層４ｃを容易に製造することが可能である。

［変形例４］
次に、変形例４について説明する。図７は、変形例４に係る色変換素子１Ｄの概略構成を示す模式図であり、図１に対応する図である。図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線を含む切断面を見た断面図である。なお、以降の説明においては、上記実施の形態に係る色変換素子１と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

上記実施の形態では、配光制御層４が、透光性を有した複数の凸部４１の集合体である場合を例示した。この変形例４では、凹部４８ｄを有する配光制御層４ｄについて説明する。

図７及び図８に示すように、色変換素子１Ｄに備わる配光制御層４ｄは、蛍光部３の表面３１上に直接積層された非透光性層である。配光制御層４ｄは、例えば金属などの非透光性材料から形成されている。配光制御層４ｄは、照射領域Ｒの軌道Ｌ１に沿って連続した凹部４８ｄを有している。凹部４８ｄは、平面視において円環状に形成されている。凹部４８ｄの幅は、全周にわたって均等である。

凹部４８ｄは、断面視において配光制御層４ｄを貫通しており、蛍光部３の表面３１の一部を露出している。凹部４８ｄの内面は、凹曲面となっており、蛍光部３から出射した白色光を反射する反射部４９ｄである。つまり、反射部４９ｄは、凹面鏡として機能する。具体的には、反射部４９ｄは、環状の凹部４８ｄにおいて内方側の内面と、外方側の内面とのそれぞれに設けられている。反射部４９ｄは、凹部４８ｄの内面に反射性の高い素材を成膜した部位である。なお、凹部４８ｄの内面が露出していても、一定の反射性を発揮することができる。この場合、凹部４８ｄの内面が反射部となる。凹部４８ｄの内面を研磨して反射性を高めることも可能である。

前述したように凹部４８ｄの幅は全周にわたって均等であるので、色変換素子１Ｄが回転したとしても、照射領域Ｒに対して凹部４８ｄの位置関係は一定となる。これにより、反射部４９ｄで集光された光も、色変換素子１Ｄの回転を起因とした揺らぎを生じにくい。つまり、集光性を安定させることができる。

蛍光部３の表面３１において凹部４８ｄにより露出された部位には、照射領域Ｒの全体が収められるようになっている。このため、凹部４８ｄで露出された蛍光部３の一部にレーザー光Ｌの全体を照射することができる。蛍光部３から放出された白色光は、拡散光であるが、反射部４９ｄで反射されることで集光される。

このように、配光制御層４ｄは、蛍光部３の一部を露出させる凹部４８ｄを有した非透光性層であり、凹部４８ｄの内面には、蛍光部３から出射した光を反射する反射部４９ｄが形成されている。

これによれば、配光制御層４ｄが蛍光部３の一部を露出させる凹部４８ｄを有していて、凹部４８ｄの内面に反射部４９ｄが形成されているので、蛍光部３から放出された拡散光（白色光）を集光することができる。

また、蛍光部３におけるレーザー光Ｌが照射される照射領域Ｒは、凹部４８ｄにより露出された蛍光部３の一部に収められている。

これによれば、照射領域Ｒが、凹部４８ｄで露出された蛍光部３の一部に収められているので、凹部４８ｄで露出された蛍光部３の一部にレーザー光Ｌの全体を照射することができる。したがって、レーザー光Ｌが遮られにくくなり、色変換効率の低下を抑制することができる。

また、配光制御層４ｄが金属から形成されているので、蛍光部３で発せられた熱を外部へ放熱することができる。特に、金属であれば蛍光部３よりも熱伝導率が高いために、効率的に放熱することが可能である。したがって、蛍光部３の高温化を抑制することができる。なお、配光制御層４ｄは、蛍光部３よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。

[変形例５]
上記実施の形態では、色変換素子１が投影装置に適用される場合を例示して説明したが、色変換素子は照明装置に用いることも可能である。その場合、色変換素子は回転しないために、ホイール状でなくともよい。以下、照明装置に用いられる色変換素子の一例について説明する。

図９は、変形例５に係る照明装置１００の概略構成を示す模式図である。図９に示すように、照明装置１００は、光源部１０１と、導光部材１０２と、色変換素子１Ｅとを備える。

光源部１０１は、レーザー光Ｌ１０を発生させ、導光部材１０２を介して色変換素子１Ｅにレーザー光Ｌ１０を供給する装置である。例えば、光源部１０１は、青紫〜青色（４３０〜４９０ｎｍ）の波長のレーザー光Ｌ１０を放射する半導体レーザー素子である。導光部材１０２は、光源部１０１が放射したレーザー光Ｌ１０を色変換素子１Ｅまで導く導光部材であり、例えば光ファイバーなどである。

色変換素子１Ｅの基板２ｅは、平面視矩形状であり、その一つの表面２２ｅには、蛍光部３ｅが積層されている。蛍光部３ｅは平面視矩形状に形成されており、その表面３１ｅには配光制御層４ｅが積層されている。

配光制御層４ｅは、１つの凸部４１ｅを有している。凸部４１ｅは、平凸レンズ状であり、レーザー光Ｌ１０の照射領域Ｒ１０に対して平面視で重なる位置に配置されている。凸部４１ｅは、平面視において照射領域Ｒ１０の全体を包含する大きさに形成されている。

このように、変形例５に係る照明装置１００においても、蛍光部３ｅの表面３１ｅ側に配光制御層４ｅが設けられているので、蛍光部３ｅの表面３１ｅから出射した拡散光である白色光は、配光制御層４ｅを透過することになる。これにより、白色光は配光制御層４ｅによって集光されるので、集光効率が高められる。

なお、照明装置に用いられる色変換素子においても、蛍光部が複数の個片から形成されていてもよい。

［その他の実施の形態］
以上、本発明に係る照明装置について、上記実施の形態及び各変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び各変形例に限定されるものではない。

例えば、上記実施の形態では、蛍光部３が全体として白色光を放射する個片３３から形成されている場合を例示した。しかしながら、蛍光部が複数色の光を発する場合においては、蛍光部における各色を放射する部位が、同一種類の個片によって形成されていればよい。例えば、赤色蛍光部、緑色蛍光部及び青色蛍光部の３層が面状に配列された蛍光部の場合を想定する。赤色蛍光部は、赤色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。青色蛍光部は、青色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。緑色蛍光部は、緑色蛍光体を含む同一種類の複数の個片によって形成される。

また、上記実施の形態では、蛍光部３の表面３１に対して配光制御層４が直接積層されている場合を例示した。しかしながら、蛍光部３と配光制御層４との間に、他の機能層が介在していてもよい。他の機能層は、一層であっても、種類の異なる層が複数積層されていてもよい。他の機能層としては、平坦化層、反射抑制層などが挙げられる。平坦化層は、蛍光部３の表面３１を平坦化するための透光性の層である。反射抑制層は、例えばＡＲコート層などの透光性の層である。反射抑制層が設けられている場合には、光取り出し効率を高めることができる。このように、配光制御層４は、蛍光部３の表面３１に対して間接的に積層されていてもよい。つまり、配光制御層４は、蛍光部３の表面３１側に配置されていればよい。

その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態及び各変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ 色変換素子
３、３ｅ 蛍光部
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ 配光制御層
３１、３１ｅ 表面（出射面）
４１、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｅ 凸部
４２ｂ バインダ層
４３、４３ｂ 粒子
４４ｃ 透光性基板
４８ｄ 凹部
４９ｄ 反射部
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 突出量
Ｌ、Ｌ１０ レーザー光
Ｒ、Ｒ１０ 照射領域
Ｒ１ 半径
Ｗ、Ｗ１ 幅

Claims (11)

1. 外部からのレーザー光を受光して、当該レーザー光とは異なる色の光を出射する蛍光部と、
   前記蛍光部における前記光を出射する出射面側に設けられ、前記蛍光部から出射した光の配光を制御する配光制御層とを備える
   色変換素子。
2. 前記配光制御層は、前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域に対して、少なくとも一部が平面視で重なる凸部を有する
   請求項１に記載の色変換素子。
3. 前記凸部は、前記照射領域に対して、それぞれの少なくとも一部が平面視で重なるように複数設けられている
   請求項２に記載の色変換素子。
4. 前記凸部は、当該凸部における底部の幅よりも、当該凸部における前記底部からの突出量の方が大きい
   請求項２または３に記載の色変換素子。
5. 前記配光制御層は、前記凸部をなす透光性の粒子と、前記粒子の一部を埋設した状態で前記粒子と前記蛍光部とを接合する透光性のバインダ層とを有する
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の色変換素子。
6. 前記粒子の屈折率は、前記バインダ層の屈折率以下である
   請求項５に記載の色変換素子。
7. 前記粒子は、前記バインダ層からの突出量が、当該粒子の半径よりも小さい
   請求項５または６に記載の色変換素子。
8. 前記バインダ層は、ＳｉＯ_２により形成されている
   請求項５〜７のいずれか一項に記載の色変換素子。
9. 前記配光制御層は、前記凸部を一体的に備えた透光性基板である
   請求項２〜４のいずれか一項に記載の色変換素子。
10. 前記配光制御層は、前記蛍光部の一部を露出させる凹部を有した非透光性層であり、
    前記凹部の内面には、前記蛍光部から出射した光を反射する反射部が形成されている
    請求項１に記載の色変換素子。
11. 前記蛍光部における前記レーザー光が照射される照射領域は、前記凹部により露出された前記蛍光部の一部に収められている
    請求項１０に記載の色変換素子。

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